Видове химични връзки

Всеки атом има определен брой електрони. Въвеждане в химични реакции атома получаване придобива или общува електрони, достигащи най-стабилната електронен конфигурация. Най-стабилната е конфигурацията с най-ниска енергия (както на благородни газове атоми). Този модел се нарича "правило октет" (Фиг. 1).

Фиг. 1. правило октет

Това правило важи за всички видове връзки. Електронната комуникация между атомите им позволява да образуват стабилни структури, от прости до сложни биомолекули кристали, които в крайна сметка живите системи. Те са различни от кристали непрекъснато метаболизъм. Въпреки това, много химични реакции възникват от механизми електрон трансфер, който играе ключова роля в енергийните процеси в организма.

Химическа връзка - е силата държи заедно два или повече атоми, йони, молекули или всяка комбинация от тях. Естеството на химичната връзка е универсална: тя е електростатичен силата на привличане между отрицателно заредените електрони и положително заредени ядра, определени от външна обвивка електронна конфигурация на атомите. способността форма атом химически облигации, наречени валентност, или степен на окисление. С понятието валентност, свързана валентен електрон - електрони, които са химически връзки, които се намират на най-високо енергийни орбитите. Съответно, външната обвивка на атома като на орбитала наречен валентен слой. В момента, не е достатъчно да се посочи наличието на химична връзка, както и че е необходимо да определите типа на: йонна, ковалентна, дипол-дипол, метал.

Първият тип връзка - йон връзка

Според теорията на електрон валентност Люис и Kossel, атоми могат да постигнат стабилна електронна конфигурация по два начина: първо, да губи електрони, превръщайки се в катиони, На второ място, което ги придобива, превръщайки се в аниони. В резултат на електронен трансфер се образува чрез химическо свързване на електростатичния притегателната сила между йони с такси на обратен знак, наречен Kossel "electrovalent"(Сега той се нарича йон). В този случай, на аниони и катиони образуват стабилна електронен конфигурация с попълнен външната електрон черупка. Типични йонни връзки, образувани от катиони Т и II на периодичната система на елементите и неметални аниони VI и VII групи (16 и 17 на под -, съответно, халогените и халогени). Връзки в йонни съединения и ненаситен индиректно, така че възможността за електростатично взаимодействие с други йони, са запазени. Фиг. 2 и 3 показват примери на йонни връзки, съответстващи на модела на електронен трансфер Kossel.

Фиг. 2. йонна връзка

Фиг. 3. Йонна връзка в молекулата на сол (NaCl)

Уместно е да припомним някои от имотите, които обясняват поведението на материята в природата, по-специално, да се обмисли идеята за киселини и основание. Водни разтвори на тези вещества е електролити. Те имат различна промяна на цвета индикатори. Механизмът на действие е била открита показатели FV Оствалд. Той показа, че показателите са слаби киселини и основи, които оцветяване в недисоциираните и се разпадат държави се различават.

Бази в състояние да неутрализира киселината. Не всички водоразтворими бази (например, някои неразтворими органични съединения, които не съдържат ОН групи, по-специално, триетиламин N (C₂Н₅)₃)- разтворим база повикване основи.

Водни разтвори на киселини влизат в характерните реакции:

а) метален оксид - за образуване на сол и вода;

б) метал - за да се образува сол и водород;

в) с карбонати - за да се образува сол, CO₂ и Н₂О.

Свойства на киселини и основи описват няколко теории. В съответствие с теорията на SA Арениус киселина е вещество, което се дисоциира за образуване йони Н⁺, докато йони базови форми OH . Тази теория не отчита наличието на органични бази, които нямат хидроксилни групи.

В съответствие с протон теория Bronsted Lowry киселина е вещество, съдържащ молекули или йони даряват протони (донори протони), и база - вещество, съставено от молекули или йони, като протони (акцептори протони). Имайте предвид, че във водни разтвори на водородни йони съществуват в хидратирана форма, например под формата на хидрониев йони Н₃О⁺. Тази теория описва реакцията не само с вода и хидроксидни йони, но също така извършва в отсъствието на разтворител или неводен разтворител. Например, в реакцията между амоняк NH₃ (Слаба основа) и твърд амониев хлорид хлороводорода оформен в газова фаза в равновесие със сместа от две вещества 4 частици винаги присъстват, две от които - киселината и другите две - на основата:

Това равновесие смес, съставена от две двойки конюгатни киселини и основи:

1) NH₄⁺ и NH₃

2) HCl и Cl

Тук всеки от спрегнатата киселина и база двойка различава с един протон. Всяка киселина е спрегнатата му база. Силна киселина, съответстваща на слабо свързана база и слаба киселина - силно свързана база.

Теорията на Брьонстед-Лаури помага да се обясни уникалността на ролята на вода за биосферен живот. Вода, в зависимост от вещество взаимодейства с него, може да проявява свойства или киселина, или основа. Например, в реакциите на киселина воден разтвор на оцетна се смила вода и с воден разтвор на амоняк - киселина.

1) СН₃COOH + Н₂О &harr- Н₃О⁺ + СН₃COO . Тук, молекулата на оцетна киселина дарява молекула протон вода;

2) NH₃ + Н₂О &harr- NH₄⁺ + OH . Има молекула амоняк приема протон от молекулата на водата.

Видео: Видео урок по химия "Видове химични връзки. Ковалентното свързване и йонна"

По този начин, вода могат да образуват две двойки конюгатни:

1) Н₂О (Киселина) и OH (Конюгат база)

2) Н₃ох⁺ (Киселина) и Н₂О (Конюгатна основа).

В първия случай, вода дарява протон, а втората - тя приема. Това свойство се нарича amfiprotonnostyu. Вещества, които могат да реагират като и киселини и основи, наречени амфотерни. В дивата природа такива вещества са често срещани. Например, аминокиселини, способни да образуват соли с киселини и основи. Следователно пептиди лесно образуват координационни съединения с метални йони, присъстващи.

По този начин, характерен собственост на йонна връзка - общо изместване Nara свързващите електрони една от ядра. Това означава, че между йоните има област, където плътността на електрони е почти нула.

Вторият тип връзка - ковалентна връзка

Атомите могат да образуват стабилни електронни конфигурации чрез споделяне на електрони. Такава връзка се образува, когато електронна двойка социализираното един от всяка атом. В този случай, обща електрони между атомите поради разпределени еднакво. Примери на ковалентна връзка, могат да бъдат наречени хомоядрени двуатомен молекули на Н₂, N₂, F₂. Същият тип комуникация е на разположение за алотропия О₂ и озон О₃ и многоатомни молекули S₈, както и в хетероядрена молекули хлороводород HCl, въглероден диоксид CO₂, метан СН₄, етанол C₂Н₅OH, серен хексафлуорид SF₆, ацетилен C₂Н₂. Всички тези молекули са еднакво споделен електрони, и връзката им наситен и съща посока (фиг. 4). За биолози, важно е, че двойни и тройни връзки, ковалентно радиусите на атома в сравнение с единична връзка намалява.

Фиг. 4. Ковалентна връзка в молекулата СГ₂.

видове йонийски и ковалентна връзка - двете ограничаващи случаи на много от съществуващите видове химични връзки, които на практика, повечето от връзките междинно съединение. Съединения с двата елемента, разположени в противоположните краища на същите или различни периоди на периодичната система, за предпочитане образуват йонни връзки. Както сближаването на елементи в рамките на периода на йонен характер на съединенията намалени и ковалентни - увеличава. Например, халогениди и оксиди на елементите от периодичната таблица лявата част за предпочитане образуват йонни връзки (NaCl, AgBr, BaSO₄, CaCO₃, KNO₃, СаО, NaOH) И съединения на елементи, като дясната страна на таблицата - ковалентното (Н₂О, CO₂, NH₃, NO₂, СН₄, фенол C₆Н₅OH, гликоза C₆Н₁₂ох₆, етанол C₂Н₅OH).

Ковалентна връзка, от своя страна, има още една модификация. В многоатомни йони в комплексни биологични молекули, както електрони може да дойде само от един атом. той нарича дарител електронна двойка. Atom, общуват с донора, електронната двойка се нарича акцептор електронна двойка. Този вид ковалентна връзка е кръстен координиране (донор-акцептор, или дателен) общуване (Фиг. 5). Този тип комуникация е най-важното за биологията и медицината, химията, тъй като най-важни за метаболизма на г-елементи са описани в голяма степен от координационни връзки.

Pic. 5. координация връзка

Обикновено, в комплексното съединение на метален атом действа като електронен акцептор pary- обратно, когато йонни и ковалентни връзки на метален атом е донор на електрони.

Същността на ковалентна връзка и неговите варианти - координация облигации - може да бъде изяснен с помощта на друга теория на киселини и основи, предложено от GN. Люис. Той е малко по-разширена семантично понятие от термини "киселина" и "база" на теорията на Брьонстед Лоури. теория Lewis обяснява естеството на образуването на комплексни йони и вещества, включени в нуклеофилни заместителни реакции, т.е. образуването на COP.

Според Люисова киселина - вещество може да образува ковалентна връзка с продухващия електронна двойка от база. Люис база на съединението от заглавието като един неразделен електронна двойка, която doniruya електрони образува ковалентна връзка с киселина на Люис. Това означава, че теорията на Люис разширява обхвата на основа киселина като реакцията в която протони не са включени изобщо. Освен това самата протон, съгласно тази теория, като киселина, като способен на приемане на електронна двойка.

Следователно, съгласно тази теория, киселини на Lewis са катиони и аниони - Lewis бази. Пример за това е следната реакция:

Над него се отбележи, че разделянето на вещества йонно и ковалентно отношение, тъй като пълно прехвърляне на електрони от металните атоми към акцепторни атома в ковалентни молекули случи. В съединения с йонни всеки йон се намира в електрическо поле на обратен знак йони, така че те са взаимно поляризирана и техните черупки са деформирани.

поляризуемост определя от електронна структура, цената и размера имат iona- аниони е по-висока от катионите. Най поляризуемост сред катиони - катиони имат по-висок заряд и по-малък размер, например, Hg²⁺, CD²⁺, Pb²⁺, Al³⁺, Tl³⁺. Силна поляризационен ефект Н⁺. Тъй като влиянието на йони, поляризация двустранно, значително променя свойствата на съединенията образувани от тях.

Третият тип комуникация - дипол-дипол връзка

В допълнение към тези видове комуникация се отличават по-дипол-дипол междумолекулни взаимодействие, наричан също vandervaalsovymi. Силата на тези взаимодействия зависи от естеството на молекулите. Разпределяне на взаимодействието на три типа: постоянен дипол - постоянен дипол (дипол-дипол атракция) - постоянен дипол - дипол предизвикана (индукция привличане) - миг дипол - дипол индуцирана (дисперсия привличане, или изключване на Лондон Фиг. 6).

Фиг. 6. ван дер Ваалс връзката на

Дипол-дипол момент притежава само молекули с полярни ковалентни връзки (HCI, NH₃, SO₂, Н₂О, С₆Н₅Cl), Силата на свързване е 1-2 Дебай (1D = 3338 10 ³⁰ Кулон-м - Cl т).

В биохимия секретират друг тип връзка - водород връзка е ограничаващ случай дипол-дипол атракция. Тази връзка се образува чрез привличане между водороден атом и електроотрицателна атом малки, по-често - кислород, флуор и азот. С големи атоми, имащи Електроотрицателност подобни (например, хлор, и сяра), водородна връзка е значително по-слаба. водороден атом различава една съществена характеристика: чрез издърпване на свързване електроните му ядро ​​- протон - оголване и престава да бъдат защитени от електрони. Следователно атом се превръща в голям дипол.

Водородна връзка, ван дер Ваалс разлика се образува не само в междумолекулни взаимодействия, но също така в рамките на една и съща молекула - вътрешномолекулни водородна връзка. Водородни връзки играят важна роля в биохимията, например за стабилизиране на структурата на протеини във формата на спирала, или да образуват двойна спирала на ДНК (фиг. 7).

Фигура 7. водородна връзка

Водородът и ван дер Ваалс връзка е много по-слаба, отколкото йонна, ковалентна и координация. Енергията на междумолекулни връзки, изброени в таблицата. 1.

Таблица 1. Енергията на междумолекулни сили

забележка: Степента на междумолекулни взаимодействия отразява енталпията на топене и изпаряване параметри (ВР). необходими йонни съединения за йон разделяне мощност значително по-голям, отколкото за разделяне на молекули. Топене енталпия на йонни съединения е значително по-висока от молекулни видове.

Четвъртият вид комуникация - метален връзка

И накрая, има и друг вид междумолекулни връзки - метал: Обратна връзка метална решетка положителните йони и свободни електрони. В биологичните системи, този тип връзка не е намерен.

От кратък преглед на видове връзки се оказва един детайл: важен параметър на атом или метален йон - донор на електрони, и атомът - електрон е неговата aktseptopa размер. Без да навлизаме в подробности, ние се отбележи, че радиусите на ковалентна атома, йонната радиусите на метала и на ван дер Ваалс радиусите на взаимодействащи молекули увеличава с увеличаване на атомния номер на групи от периодичната система. Стойностите на радиусите на йони - най-малките и на ван дер Ваалс радиуси - по-голям. Обикновено, при движение надолу групата на радиуси на всички елементи се увеличава, както и ковалентно ван дер Ваалс.

Най-високата стойност за биолози и лекари координация (донор-акцептор) Съобщение, счита координация химия.

Медицински bioneorganika. GK овца